제주 BESS 시장, ESS 부활을 꿈꾸다

제주 BESS 시장, ESS 부활을 꿈꾸다

대학생신재생에너지기자단 22기 김혜윤, 22기 박주은, 23기 안윤아

 

[전기에너지 생산의 한계]

우리는 전기에너지 없이 살아갈 수 없다. 아침에 일어나 하루를 보내고 잠에 드는 순간까지 우리는 많은 양의 전기에너지를 소비한다. 따라서 전기에너지의 안정적인 공급은 우리 사회의 중요한 이슈이다.
전기에너지는 생산과 동시에 소비가 이루어져야 하는 특성을 지닌다. 또한 계절별 전력 수요 및 생산의 편차가 크다. 최근에는 RE100 등과 같은 세계적인 캠페인이 실시되며 신재생에너지를 이용하여 전력을 생산하는 움직임이 확대되고 있다. 하지만 풍력, 태양광 등의 신재생에너지를 이용하여 생산하는 전력은 간헐성이 크며 발전 시점의 예측이 불가능하다는 치명적인 단점이 존재한다.
 전기에너지를 생산하고 유통하고 소비하는 과정에서 위와 같은 문제들이 발생한다. 따라서 최근에는 안정적인 전력 생산 및 공급을 위해서 스마트 그리드와 ESS의 필요성이 대두되고 있다. 

 

[스마트 그리드와 ESS]

스마트 그리드는 기존의 전력 시스템에 IT 기술을 융합한 전력망의 한 형태다. 기존의 단방향 전력망에 IT 기술을 융합하여 양방향으로 정보를 교환함으로써 전력수급의 균형을 맞출 수 있다. 전력공급자는 소비자가 원하는 시간에 전기에너지를 공급하여 에너지 효율을 향상시키는 시스템으로 평가받고 있다. 
또한 스마트 그리드에 전력저장장치(ESS)를 결합하여 활용한다면 기존 전력 생산의 문제를 해결할 수 있다. ESS(Energy Storage System)는 전기를 저장하고 있다가 필요시에 전기를 방전하며 에너지 이용 효율을 높이는 장치다. 
산업통상자원부는 ESS는 전력을 저장 할 수 있어 발전소 건설비, 송전선 설치비 등 투자비를 줄일 수 있고 신재생에너지 발전원의 불안함을 해결할 수 있으므로 본격적인 산업 육성에 나선다고 밝혔다. 블룸버그 뉴에너지파이낸스에 따르면 ESS의 글로벌 시장도 확대될 것으로 예상되며 2030년까지 2천 620억 달러까지 성장할 것으로 예상된다. 

[자료 1. 글로벌 ESS 시장 규모와 보급 전 ]

출처 : 아이뉴스 24

 

[제주에서 새롭게 시행될 BESS]

ESS는 양수발전(PHS, Pumped Hydro Storage), 압축공기 에너지 저장(CAES, Compressed Air Storage), 플라이휠 에너지 저장(FES, Flyfeel Energy Storage) 및 배터리 에너지 저장(BESS, Battery Energy Storage System)등으로 분류할 수 있다. 이 중 배터리를 결합한 BESS가 제주에 본격적으로 도입될 예정이다. 전력거래소는 지난 3월 30일 제주웰컴센터 웰컴홀에서 ‘제주 장주기 BESS 중앙계약시장 설명회’를 개최했다. 옥기열 전력거래소 처장은 현 전력시장 구조가 가지는 한계점과 이를 극복하기 위한 혁신 방안 중 하나로 저탄소 전원을 대상으로 하는 중앙계약시장에 대해 언급하였다. 더불어 제주 전력 계통 상황을 고려한 제주 BESS에 대해 소개하였다. 

제주 BESS는 탄소중립 이행으로 원전, 재생 에너지 등 경직성 전원 확대에 따른 계통 유연성 자원 확보를 목표로 추진될 계획이다. 또한 제주 BESS는 제 10차 전력수급기본계획을 근거로 경매를 통해 사전에 가격과 물량을 결정한 후 시장 진입시 낙찰가격을 보장받도록 장기계약을 체결하는 형태로 도입될 예정이다. 

[자료2. 10차 전기본 중 제주 장주기 BESS 필요물량 및 선정방법]

출처: 전력거래소

 

[BESS 원리]

BESS(배터리 에너지 저장 시스템)는 전기 에너지를 저장하고 필요할 때 방출하는 기술이다. 주로 리튬 이온 배터리를 사용하여 대용량의 에너지를 저장한다. BESS 시스템은 전력 그리드의 안정성과 효율성을 향상시키는 다양한 방법으로 작동한다.

BESS 시스템은 크게 충전 단계와 방전 단계로 나뉜다. 충전 단계에서는 외부 전원원인 태양광 발전소, 풍력 발전소, 전력망 등에서 생성된 전기를 사용하여 배터리를 충전한다. 태양광이나 풍력 발전소와 같은 재생 가능한 에너지원이 전력망에 공급되는 경우가 적거나 전력 수요가 낮은 시간대에 발전소에서 생성된 에너지를 BESS 시스템에 저장할 수 있다.

충전된 배터리는 방전 단계에서 필요한 시점에 전력 그리드에 추가 전력을 공급한다. 이는 전력 수요가 높은 시간대에 추가 전력을 제공하여 전력 그리드의 부하를 완화하고 안정성을 유지하는 데 도움을 준다. 또한, 전력망의 장애나 정전 시에 BESS 시스템은 대체 전원으로 작동하여 전력 공급을 유지할 수 있다.

[자료3. 배터리 에너지 저장 시스템]

출처: JB Battery

 

[해외 BESS 활용 - 미국]

미국에서 보고된 최초의 대규모 BESS 설치는 2003년에 서비스를 시작하여 2019년까지 운영되고 있다. 2003년과 2010년 사이에 대규모 BESS 시스템의 전력 용량은 50MW에 불과했으나, 2010년과 2019년 사이에 대규모 배터리 저장으로 인한 전력 용량은 순 972MW 증가하였고, 2019년 말까지 1,022MW의 배터리 저장 전력 용량이 가동되었다. 2020년 예비 데이터에 따르면 배터리 전력 용량이 458MW 증가했으며, 이는 이전 기록의 두 배 이상이며 2019년 총 전력 용량 추가량보다 66% 더 많다고 볼 수 있다.

미국은 재생에너지 활용을 위해 재생에너지 공급 의무화제도 정책 개선 및 개정을 추진하고 있다. 그들의 탄소 중립 계획에는 신재생에너지부터 재생에너지 전환 동인 등 다양한 목표가 명시되어 있다. 그중, 에너지 전환 관련 주요 전략을 살펴보면, 원활한 출력을 위한 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)이 통합된 태양광발전 추진이라고 명시되어 있는 것을 확인할 수 있다.

[자료4. 미국 ESS 세제 혜택]

출처: KOTRA

연방정부는 태양광발전과 연계하여 설치한 ESS 시스템 대상 설치주제, 충전율에 따라 상이하게 세제 혜택을 부여했다. 캘리포니아를 비롯한 일부 주 정부에서는 주 차원에서의 ESS 보조금을 지급했다.

[해외 BESS 활용 - 인도네시아]

[자료5. 티디엘의 BESS]

출처: 전자신문

한국의 전고체 배터리 전문기업인 티디엘은 한국전력공사와 함께 인도네시아 BESS 구축 시범사업에 참여다. 티디엘·한전·인도네시아 전력 공사와 3자 간 재생에너지 BESS 구현을 전자신문위한 공적개발원조 프로젝트 및 2026년까지 중장기 그린 에너지프로젝트 협력 MOU를 진행했다. 2026년까지 3GWh급 그린 에너지프로젝트 실행에 착수할 계획이다. 초기 ODA 작금을 활용한 프로젝트 추진으로 한-인니 공동으로 사업성 조사 후 실제 사업을 추진할 예정이며, 양국은 인도네시아의 요청으로 ESS 패키징 JV를 설립하고 제3국 공동진출을 모색할 예정이다.

[해외 BESS 활용 - 인도]

인도 정부의 자문 기관인 Niti Aayog의 보고서에 따르면, 2030년까지 인도의 BESS 시장은 최소 26GW/104GWh에서 최대 65GW/260GWh까지 성장할 것으로 전망된다. 지난 2021년 6월 인도 전력부에서는 BESS를 충전하기 위한 연간 전력량의 70% 이상을 친환경 에너지원(태양광, 풍력발전 등)을 통해 조달한다는 조건으로 주 간 송전료를 2025년 6월까지 면제하겠다고 밝혔다. 인도 화력 발전공사(NTPC)의 자회사인 NTPC Renewable Energy에서도 주간송전시스템(Inter-State Trasmission System)에 적용하기 위한 BESS를 도입하고자 국제입찰을 진행 중이다. 최대 500MW/3,000MWh 규모의 본 시스템이 도입되면 인도 전역에 언제든 전력을 안정적으로 공급할 수 있을 것이라는 전망이다. 태양광 에너지 공사(SECI)에서도 약 100MW 규모의 태양광발전 시설과 120MWh 규모의 BESS를 구축하는 대규모 프로젝트 입찰을 발주했고, 인도에서 가장 큰 민영 태양광발전 기관인 TATA Power Solar Systems가 Chhattisgarh에서 현재 해당 프로젝트를 추진 중이다. 그 외에도 지난 2021년 8월, 인도 정부는 라다크(Ladakh)의 외곽 지역에 13GW 수준의 대규모 BESS를 설치하겠다는 의사를 밝혔으며, 바로 다음 달인 9월에는 쿠치(Kutch) 외곽에 14GW 규모의 BESS를 설치하겠다고 발표했다. 또한 2021년 9월에 인도 태양광에너지공사(SECI)가 1,000MWh 규모의 BESS를 도입하기 위한 입찰을 올렸으며, 장기적으로는 4,000MWh 규모의 BESS를 지역 배전소에 설치하겠다고 밝히기도 했다.

[해외 BESS 활용 - 싱가포르]

싱가포르 정부는 에너지 시장 당국(EMA), 항구 운영회사 PSA 코퍼레이션과 800만 달러(105억 원)를 투자해 싱가포르 항구에 BESS를 설치할 예정이라고 2022년 7월에 밝혔다. 머신 러닝을 통해 에너지 수요를 실시간 자동으로 예측하고, 에너지 사용이 초과되는 peak 에너지 소비에 상시 대비할 것이며, 항구에 에너지를 공급하지 않을 때는 다른 전력망에 여분의 에너지를 상시 저장하는 것을 목표로 한다. BESS의 설치로 항구 시스템의 에너지 효율이 2.5% 상승하고 가동 에너지가 초과되어도 시간당 2MWh 에너지를 공급할 수 있을 것으로 예측된다. BESS와 태양광 패널 설치를 담당한 엔비전 디지털은 BESS를 통해 1,000톤가량의 이산화탄소 배출량 감축을 기대한다고 밝혔다.

[해외 BESS 활용 - 유럽]

LCP Delta에 따르면 지난해 유럽 전역에 약 1.9GW의 그리드 규모 BESS가 배치되었다고 한다. 배치 국가의 85%가 영국, 아일랜드, 독일, 프랑스였다. 2023년에는 전년 대비 거의 100% 성장한 3.7GW가 가동될 것으로 예상한다.

[자료6. 영국 BESS]

출처: Batteries International

Harmony Energy Income Trust는 유럽에서 가장 큰 BESS 프로젝트 Pillswood 프로젝트를 진행하고 있다. 98MW/196MWh 시설이며 2시간 동안 약 300,000개의 영국 가정에 전력을 공급할 수 있다. Creyke Beck 변전소 옆에 위치에 있으며 세계 최대 해상풍력단지인 Dogger Bank의 연결점이 될 예정이다. 2023년 여름에 첫 가동이 될 예정이다.
또한, 유럽에서는 배터리를 재사용하여 BESS로 만드는 사업도 활발하게 진행되고 있다.

[해외 BESS 활용 - UAE]

아부다비 수전력청은 1988년 설립된 아부다비 지역의 수력 전력 발전 관리 및 감독기관이다. 이들은 신재생에너지 보급 확대와 더불어 전력망 안정성 확보 방안으로 대규모 BESS를 설치할 예정이다. 또한, 아부다비의 EWEC 기업의 ‘Statement of Future Capacity Requirements 2023-2029: Summary Report’ 보고서에는 300MWh의 BESS 용량을 배치의 필요성이 언급되었다. 

 

[BESS 가능성 및 전망]

최근 ESS 분야에서 다양한 문제들이 제기되었으나, 이와 관련된 움직임이 긍정적으로 진전되고 있. 특히 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 전력 그리드의 안정성과 에너지 효율성을 향상시키는 핵심 기술로 주목을 받고 있다.

BESS 시스템은 전력 그리드의 안정성을 유지하고 전력 수요와 공급의 균형을 맞추는 역할을 수행함으로써 문제점을 극복할 수 있다. 재생 가능 에너지를 저장하고 필요한 시간에 공급함으로써 전력 그리드의 불안정성을 최소화할 수 있다. 또한, 재생 가능 에너지의 효율적인 통합과 스마트 그리드 구축에도 BESS 시스템은 중요한 역할을 수행할 것으로 기대된다.

최근 배터리 기술의 발전과 경제성 향상은 BESS 시스템의 가능성을 더욱 높여주고 있다. 발전된 리튬 이온 배터리 등의 기술은 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 제공하며, 이에 따라 BESS 시스템의 용량은 증가하고 가격은 경제적으로 변화하고 있다.

이러한 흐름을 종합적으로 고려할 때, BESS 시스템은 전력 그리드의 안정성과 에너지 효율성을 향상시키는 주요 기술로서 미래에 높은 가능성을 가지고 있다. 이를 통해 재생 가능 에너지의 효율적인 이용과 스마트 그리드의 구축을 실현할 수 있을 것으로 전망된다. 따라서 BESS 시스템의 지속적인 발전과 적극적인 도입이 전력 산업의 성장과 환경 지속 가능성에 기여할 것으로 기대된다.

---

ESS 에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "ESS, 나를 잊었나요?", 작성자(16기 김미림, 19기 김승호 양은우 최혜연, 20기 강주혁), 
https://renewableenergyfollowers.org/3426

ESS, 나를 잊었나요? : 앞으로 우리가 나아가야 할 방향

2. "재생에너지에 대한 오해와 경제성 확보를 위한 ESS", 작성자(16기 이서준 이지윤 임상현),
https://renewableenergyfollowers.org/2850

재생에너지에 대한 오해와 경제성 확보를 위한 ESS

제주도에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "제주도에서 전기가 남아서 버린다고요?", 작성자(20기 윤진수, 20기 이주선), https://renewableenergyfollowers.org/3856

제주도에서 전기가 남아서 버린다고요?

---

참고문헌

[전기에너지 생산의 한계]

1) 조윤택, "국내외 재생에너지 보급 현황 및 주요 이슈", POSRI 이슈리포트, 2019.10.

2) 최진혁 외 1명, "ESS용 2차 전지 기술현황 및 전망", 한국전력공사 전력연구원, pg. 23-25, 2016.03.30.

[스마트 그리드와 ESS]

1) 신성식, “전력저장장치(ESS)를 이용한 전력계통 운영서비스 개선 방안”, 대한전기학회,  pg. 37-38, 2015.07.15.

2) 안다솜, “산업부, ESS 산업 육성 나선다”, 아이뉴스 24, 2023.01.30., https://www.inews24.com/view/1561862 

3) 최진혁 외 1명, “ESS용 2차 전지 기술현황 및 전망”, 한국전력공사 전력연구원, pg. 23-25, 2016.03.30. 

[제주에서 새롭게 시행될 BESS]

1) 신성식, “전력저장장치(ESS)를 이용한 전력계통 운영서비스 개선 방안”, 대한전기학회, pg. 37-38, 2015.07.15. 

2) 이정헌, “전력거래소, 제주 BESS 설명회 개최”, 투데이에너지, 2023.03.31., http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=259086 

3) 전력거래소 시장혁신처 선도시장팀, “제주 장주기 BESS 중앙계약시장 설명회 발표자료”, 2023.04.03 .

[BESS 원리]

1) 중국 JB 배터리, “BESS를 통한 효율적인 에너지 관리 및 에너지 절약”, JB BATTERY,  2022.03.29., 
https://www.jbbesskorea.com/bess%EB%A5%BC-%ED%86%B5%ED%95%9C-%ED%9A%A8%EC%9C%A8%EC%A0%81%EC%9D%B8-%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80-%EA%B4%80%EB%A6%AC-%EB%B0%8F-%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80-%EC%A0%88%EC%95%BD.html

2) 이정민 외 1인, “신재생에너지연계용에너지저장장치(ESS)의 기술”, 2016,
https://koreascience.kr/article/JAKO201631342683974.pdf

[해외 BESS 활용]

1) 김주영 외, "미국 재생에너지 시장 및 에너지 전환 동향", KOTRA, pg. 2, 2021.08.

2) 김한식, “티디엘, 인도네시아 BESS구축사업 참여...해외진출 신호탄”, 전자신문, 2022.03.10., https://www.etnews.com/20220309000031 

3) 김환이, “삼성물산, 에퀴노르, 싱가포르까지 뛰어드는 이 사업은?”, 임팩트온, 2022.07.14., https://www.impacton.net/news/articleView.html?idxno=4525

4) 권평오 외, "스마트그리드 시장동향 및 해외시장 진출전략", KOTRA, pg. 39-100, 2019.05.

5) 이준호, “인도는 급속 충전 중: (1) 인도 에너지 저장산업 (ESS등) 동향”, KOTRA 해외시장 뉴스, 2022.04.15.,
https://dream.kotra.or.kr/kotranews/cms/news/actionKotraBoardDetail.do?pageNo=1&pagePerCnt=10&SITE_NO=3&MENU_ID=170&CONTENTS_NO=1&bbsGbn=01&bbsSn=243%2C403%2C257%2C254&pNttSn=193746&pStartDt=&pEndDt=&sSearchVal=%EC%9D%B8%EB%8F%84&pRegnCd=&pNatCd=&pKbcCd=&pIndustCd=&pHsCode=&pHsCodeNm=&pHsCdType=&sSearchVal=%EC%9D%B8%EB%8F%84

6) Alex Mey, "Battery Storage in the United States: An Update on Market Trends", EIA, pg 5, 2021.08.

7) Batteries International, “‘Europe’s largest’ BESS goes online in UK”, Batteries International, 2022.11.24., 
https://www.batteriesinternational.com/2022/11/24/europes-largest-bess-goes-online-in-uk/ 

8) Cameron Murray, “Europe deployed 1.9GW of battery storage in 2022, 3.7GW expected in 2023 – LCP Delta”, Energy Storage News, 2023.03.21., https://www.energy-storage.news/europe-deployed-1-9gw-of-battery-storage-in-2022-3-7gw-expected-in-2023-lcp-delta/

9) Cameron Murray, “Why Europe’s second life BESS market is ahead of North America’s”, Energy Storage News, 2022.11.10., https://www.energy-storage.news/why-europes-second-life-bess-market-is-ahead-of-north-americas/

10) Will Norman, “UAE should deploy 300MW BESS capacity by 2026, says utility”, Energy Storage News, 2023.03.16., https://www.energy-storage.news/uae-should-deploy-300mw-bess-capacity-by-2026-says-utility/

[BESS 가능성 및 전망]

1) 이승현, “BESS 시스템 어디로 가고있나?” , 에너지신문 , 2015.06.19.,
https://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=34625